[发明专利]一种楔形透镜透射波前的测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体涉及一种楔形透镜透射波前的测量装置和方法。

背景技术

楔形透镜由直角棱镜和平凸透镜组合而成，它可以整合原有的光学系统，减少所使用的光学元件的数量，提高光学系统的性能，主要应用于大型天文望远镜、干涉仪、激光点火装置等。透射波前是楔形透镜加工的一个重要指标，它的精度直接影响光束的质量，因此，我们需要准确地测量楔形透镜的透射波前。现有技术中，目前常用的楔形透镜透射波前测量方法是补偿透镜法。补偿透镜法是由球面干涉仪产生一束球面光，光线首先经过补偿透镜，再经过楔形透镜，之后由标准平面反射镜反射，沿原路返回到干涉仪中，从而实现透射波前的测量。然而，该方法需要使用补偿镜、标准平面反射镜、自准直平行光管等，光路复杂，调整不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种光路简单并且调整方便的楔形透镜透射波前的测量装置和方法。

为了达到上述目的，本发明提出一种楔形透镜透射波前的测量装置，沿光路传播方向依次由平面干涉仪(3)、楔角为α的被测楔形透镜(2)、计算全息元件(1)组成，平面干涉仪(3)、被测楔形透镜(2)和计算全息元件(1)被安放在光学平台上；所述计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ；所述被测楔形透镜(2)处于设计位置，被测楔形透镜(2)与计算全息元件(1)之间的距离为d，所述平面干涉仪(3)发出的检测光波以β角入射到被测楔形透镜(2)。

所述α、β和γ之间的关系满足sinβ＝nsinα和γ＝β-α，其中，n为被测楔形透镜(2)的折射率。

所述计算全息元件(1)根据被测楔形透镜(2)的参数设计并制作；

所述计算全息元件(1)包括检测区域(11)、对准区域(12)和基准区域(13)三个区域，其中，检测区域(11)的计算全息图使用的衍射级次为m_a级，用于检测被测楔形透镜(2)的透射波前；对准区域(12)的计算全息图使用的衍射级次为m_b级，用于对准计算全息元件(1)和平面干涉仪(3)；基准区域(13)的计算全息图使用的衍射级次为m_c级，用于投射标记(4)，辅助调整被测楔形透镜(2)的位置。

进一步的，所述的计算全息元件(1)镀反射膜。

进一步的，所述的计算全息元件(1)采用位相型计算全息图。

本发明还提出一种楔形透镜透射波前的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、根据被测楔形透镜(2)的参数，设计并制作计算全息元件(1)；

步骤2、将平面干涉仪(3)和计算全息元件(1)安放在光学平台上，调整计算全息元件(1)，使计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ；

步骤3、将楔角为α的被测楔形透镜(2)放入光路，调整被测楔形透镜(2)，使被测楔形透镜(2)处于设计位置；

步骤4、测量由步骤3获得的干涉图，进而得到被测楔形透镜(2)的透射波前。

所述计算全息元件(1)包括检测区域(11)、对准区域(12)和基准区域(13)三个区域；

其中，检测区域(11)的计算全息图使用的衍射级次为m_a级，用于检测被测楔形透镜(2)的透射波前；对准区域(12)的计算全息图使用的衍射级次为m_b级，用于对准计算全息元件(1)和平面干涉仪(3)；基准区域(13)的计算全息图使用的衍射级次为m_c级，用于投射标记(4)，辅助调整被测楔形透镜(2)的位置。

所述步骤2中使计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ的具体步骤如下：

2.1、粗调计算全息元件(1)的位置和姿态，使对准区域(12)返回的m_b级衍射光波在平面干涉仪(3)中形成干涉图；

2.2、根据对准区域(12)的干涉图精调计算全息元件(1)的位置和姿态，直到对准区域(12)的干涉图实现零条纹。

所述步骤3中所述使被测楔形透镜(2)处于设计位置具体为：

被测楔形透镜(2)与计算全息元件(1)之间的距离为d，所述平面干涉仪(3)发出的检测光波以β角入射到被测楔形透镜(2)，其中所述参数α、β和γ满足sinβ＝nsinα和γ＝β-α，其中，n为被测楔形透镜(2)的折射率。

进一步的，所述步骤3中所述使被测楔形透镜(2)处于设计位置的具体步骤如下：